Trans -lunární injekce - Trans-lunar injection
Injekce trans-měsíční ( TLI ) je pohonná manévr slouží k nastavení sondy na trajektorii , která způsobí, že se dorazí na Měsíci .
Dějiny
První družice pokusit TLI byl Sovětský svaz je Luna 1 dne 2. ledna 1959, který byl navržen tak, aby dopad na Měsíc. Popálení však neproběhlo přesně podle plánu a kosmická loď minula Měsíc o více než trojnásobek svého poloměru a byla vyslána na heliocentrickou oběžnou dráhu. Luna 2 provedla stejný manévr přesněji 12. září 1959 a o dva dny později narazila na Měsíc. Sověti tento úspěch zopakovali s dalšími 22 misemi Luna a 5 misemi Zond cestujícími na Měsíc v letech 1959 až 1976.
Spojené státy zahájily svůj první pokus o měsíční impaktor, Ranger 3 , 26. ledna 1962, který se nedostal na Měsíc. Poté následoval první americký úspěch, Ranger 4 , 23. dubna 1962. V letech 1962 až 1973 bylo zahájeno dalších 27 amerických misí na Měsíc, včetně pěti úspěšných měkkých přistávacích modulů Surveyor , pěti sledovacích sond Lunar Orbiter a devíti misí Apollo , který na Měsíc vysadil první lidi.
První misí s lidskou posádkou, která provedla TLI, byla Apollo 8 21. prosince 1968, čímž se její posádka stala prvním člověkem, který opustil nízkou oběžnou dráhu Země .
U lunárních misí Apollo TLI prováděl restartovatelný motor J-2 ve třetím stupni rakety Saturn V S-IVB . Toto konkrétní vypálení TLI trvalo přibližně 350 sekund, což poskytlo změnu rychlosti 3,05 až 3,25 km/s (10 000 až 10 600 stop/s) , v tomto okamžiku kosmická loď cestovala přibližně 10,4 km/s (34150 ft/s) ve srovnání s Země. Apollo 8 TLI bylo velkolepě pozorováno z Havajských ostrovů na obloze před úsvitem jižně od Waikiki, fotografováno a hlášeno v novinách další den. V roce 1969 byl TLI před úsvitem Apolla 10 viditelný z Cloncurry v Austrálii . Bylo popsáno, že se podobá světlometům automobilů, které přicházejí přes kopec v mlze, přičemž kosmická loď se jeví jako jasná kometa se zelenkavým nádechem.
V roce 1990 zahájilo Japonsko svou první lunární misi pomocí satelitu Hiten k letu kolem Měsíce a umístění mikrosatelitu Hagoromo na měsíční oběžnou dráhu. V návaznosti na to prozkoumala novou metodu TLI s nízkým delta-v s dobou přenosu 6 měsíců (ve srovnání se 3 dny u Apolla).
Americká kosmická loď Clementine z roku 1994 , navržená k předvedení lehkých technologií, používala před vstupem na měsíční oběžnou dráhu 3 týdny dlouhý TLI se dvěma mezilehlými průlety Země.
V roce 1997 se Asiasat-3 stal prvním komerčním satelitem, který dosáhl sféry vlivu Měsíce, když se po selhání startu dvakrát otočil o Měsíc jako nízký delta-v způsob, jak dosáhnout požadované geostacionární oběžné dráhy. Prošel do vzdálenosti 6200 km od povrchu Měsíce.
Demonstrační satelit technologie ESA SMART-1 z roku 2003 se stal prvním evropským satelitem, který obíhal kolem Měsíce. Poté, co byl vypuštěn na geostacionární přenosovou oběžnou dráhu (GTO), používal k pohonu iontové motory poháněné solární energií. V důsledku extrémně nízkého manévru TLI delta-v trvalo kosmické lodi 13 měsíců, než dosáhlo měsíční oběžné dráhy, a 17 měsíců, než dosáhlo požadované oběžné dráhy.
Čína zahájila svou první misi na Měsíc v roce 2007 a umístila kosmickou loď Chang'e 1 na měsíční oběžnou dráhu. Použil několik popálenin, aby pomalu zvedl apogee, aby se dostal do blízkosti Měsíce.
V roce 2008 následovala Indie, která vypustila Chandrayaan-1 do GTO a stejně jako čínská kosmická loď zvýšila svůj apogee v důsledku řady popálenin.
Měkký přistávací modul Beresheet od Israel Aerospace Industries použil tento manévr v roce 2019, ale havaroval na Měsíci.
V roce 2011 satelity NASA GRAIL používaly nízkou cestu delta-v na Měsíc, procházely kolem bodu L1 Slunce-Země a trvaly více než 3 měsíce.
Teorie
Typické trajektorie lunárního přenosu se přibližují přenosům Hohmann , ačkoli v některých případech byly také použity nízkoenergetické přenosy , jako u sondy Hiten . Pro krátkodobé mise bez výrazných poruch ze zdrojů mimo systém Země-Měsíc je rychlý přenos Hohmann obvykle praktičtější.
Kosmická loď provádí TLI, aby zahájila lunární přenos z nízké kruhové parkovací oběžné dráhy kolem Země . Velké vypalování TLI , které obvykle provádí chemický raketový motor, zvyšuje rychlost kosmické lodi a mění její oběžnou dráhu z kruhové nízké oběžné dráhy Země na vysoce excentrickou oběžnou dráhu . Když kosmická loď začíná dojíždět po lunárním přenosovém oblouku, její trajektorie se blíží eliptické dráze kolem Země s apogeem blízko poloměru oběžné dráhy Měsíce. Vypálení TLI je dimenzováno a načasováno tak, aby přesně zacílilo na Měsíc, který se otáčí kolem Země. Hoření je načasováno tak, aby se kosmická loď blížila k apogeu, jak se blíží Měsíc. Nakonec se kosmická loď dostane do sféry vlivu Měsíce , což způsobí hyperbolický lunární swingby.
Vrácení zdarma
V některých případech je možné navrhnout TLI tak, aby se zaměřil na volnou trajektorii návratu , takže se kosmická loď bude otáčet za Měsícem a vrátí se na Zemi, aniž by bylo potřeba dalších hnacích manévrů.
Takové trajektorie volného návratu přidávají bezpečnostním misím lidských vesmírných letů jistou rezervu , protože kosmická loď se po počátečním vypálení TLI vrátí na Zemi „zadarmo“. Apollo 8, 10 a 11 začínaly na trajektorii volného návratu, zatímco pozdější mise používaly funkčně podobnou hybridní trajektorii, ve které je k dosažení Měsíce nutná korekce kurzu uprostřed.
Modelování
Opravené kužely
Cílení TLI a lunární přenosy jsou specifickou aplikací problému n těla , který lze aproximovat různými způsoby. Nejjednodušší způsob, jak prozkoumat trajektorie měsíčního přenosu, je metoda záplatovaných kuželek . Předpokládá se, že kosmická loď zrychluje pouze při klasické dynamice 2 těles, přičemž jí dominuje Země, dokud nedosáhne sféry vlivu Měsíce . Pohyb v záplatovaném kuželovém systému je deterministický a snadno se vypočítává, což se hodí pro hrubý návrh mise a studie „ zadní části obálky “.
Omezené kruhové tři tělo (RC3B)
Realističtěji však kosmická loď podléhá gravitačním silám z mnoha těles. Gravitace Země a Měsíce dominuje zrychlení kosmické lodi, a protože vlastní hmotnost kosmické lodi je ve srovnání zanedbatelná, trajektorii kosmické lodi lze lépe přiblížit jako omezený problém tří těles . Tento model je bližší aproximací, ale postrádá analytické řešení, vyžadující numerický výpočet.
Další přesnost
Podrobnější simulace zahrnuje modelování skutečného orbitálního pohybu Měsíce; gravitace z jiných astronomických těles; nerovnoměrnost gravitace Země a Měsíce ; včetně tlaku slunečního záření ; a tak dále. Propagace pohybu kosmických lodí v takovém modelu je numericky intenzivní, ale nezbytná pro skutečnou přesnost mise.
Viz také
- Astrodynamika
- Porovnání super těžkých výtahových systémů
- Nízký přenos energie
- Trans-zemská injekce
- Trans-Mars injekce
Reference
Tento článek včlení materiál public domain z webových stránek nebo dokumentů Národního úřadu pro letectví a vesmír .